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中達電通股份有限公司 向陽
摘要：傳統粗紗機，多采用錐輪（俗稱鐵炮）和差速箱裝置，機械結構上較複雜，依賴於更換齒輪等方式的調整紡紗參數方式，已不適應客戶對高速、高質、大卷裝、人機友好型粗紗機需求；同時現代紡織技術及工藝的差異化發展，要求紡紗過程中能快速有效的調整控製諸元．目前我公司開發的獨立四軸懸錠粗紗機，很好的適應這一要求。
關鍵詞：粗紗機PLC伺服變頻器HMI
一． 引言
粗紗機是將並條後的熟條加工成不同號數和撚度的粗紗，供細紗機紡製細紗的設備，適用普梳和精梳棉型纖維、60mm以下的化學纖維及其它混紡纖維。
我國粗紗機的技術進步，在過去幾十年中相對於傳統紡紗的其他設備發展較為滯後．這其中有多道粗紗機改單程粗紗機，並受細紗技術進步的影響和超大牽伸細紗機研製開發爭論的幹擾。20世紀90年以來，隨著先進的粗紗機機械結構和控製理論的成熟，適應客戶要求的高速、高質、大卷裝、人機友好型粗紗機得到快速發展．
粗紗機就落紗過程的不同，分托錠式和懸錠式；其中懸錠式粗紗機依據電機軸數量又分： 兩軸式、三軸式、四軸式和七軸式粗紗機；四軸懸錠式粗紗機為本輪技術發展的重點．四軸懸錠式粗紗機又分帶差速箱式和四軸獨立式；本文基於台達機電產品，就變頻和伺服構成的四軸獨立式懸錠粗紗機闡述其技術要點．
二．機械結構及相關工藝
1.四軸獨立懸錠式粗紗機整體結構如圖1
圖1整機圖
2.傳動結構和工藝
傳動結構如圖2
圖2傳動結構
圖中 1.卷繞伺服電機2 .羅拉伺服電機3. 錠翼變頻電機4 .龍筋升降電機
5 .羅拉裝置（其牽伸原理如圖3） 6 .錠翼裝置 7 .卷繞裝置
8 .龍筋 9 .萬向節
圖3羅拉牽伸原理
根據紡紗工藝的要求，粗紗機將棉條熟條經羅拉牽伸後，由前羅拉出紗，錠翼恒速旋轉進行加撚；同時卷繞係統帶動筒管旋轉，按照卷裝成型的要求，將加撚後的紗卷繞在筒管上．由於前羅拉出紗速度是恒定的，卷繞速度隨著卷繞直徑的增大而降速．同時龍筋緩慢升降，托動其上紗管上下往複動作，配合卷繞裝置使紗線逐層纏繞在紗管上，直到到達預設層數或紗線長度．
事實上，完整的懸錠粗紗機還應包含清潔裝置：懸錠粗紗機普遍采用積極回轉式上下清潔器．由於其結構獨立，工作方式較為簡單，本文不再贅述．
三．基於台達機電產品的電氣係統構架
1.電氣係統的構架考量
四軸獨立懸錠式粗紗機，控製係統的關鍵在於四軸的同步比例聯動，來模擬兩軸粗紗機差速箱合成各軸速度的過程；四si軸zhou獨du立li懸xuan錠ding式shi粗cu紗sha機ji係xi統tong動dong作zuo過guo程cheng中zhong，各ge軸zhou速su度du要yao求qiu有you高gao的de響xiang應ying性xing和he穩wen定ding性xing。同tong時shi，電dian機ji對dui外wai部bu負fu載zai的de合he理li變bian化hua要yao求qiu有you快kuai速su而er有you效xiao的de應ying變bian能neng力li。
基於設備的以上技術特征和客戶高品質要求，結合台達完整、全麵的產品線，我們選用台達EH2係列PLC作為主控，選用台達VE係列高性能矢量變頻器控製錠翼軸；台達A+係列大功率伺服係統控製卷繞軸；羅拉軸和龍筋軸分別選用台達AB係列伺服係統控製；觸摸屏為台達A係列真彩界麵。
2. 電氣係統的整體構架
構建的電氣係統 如圖4；
圖4電氣係統構架
3.主要控製器件功能
A．觸摸屏：四軸懸錠式粗紗機參數設定量大，本屏可直觀、便捷的設定和監控各種參數；
B．PLC： EH2係列型，運算速度快，支持4路高速脈衝輸出，穩定可靠，可依據控製工藝擴展I/O點數；
C．羅拉伺服：提供羅拉軸動力，速度恒定，大小決定於錠翼轉速和撚度；
D．卷繞伺服：提供紗管卷繞動力，速度隨紗的卷繞直徑增大而降低；
E．龍筋伺服：提供龍筋升降動力，升降速度越小，紗線纏繞越密；
F．錠翼變頻：提供錠翼旋轉動力，速度恒定，由觸摸屏設定；變頻係統加裝速度回授PG卡，電機加裝台達編碼器，實現閉環控製．考慮到粗紗機電控箱的配置離機頭較遠，應用現場電磁環境複雜，建議選用差動型編碼器．
4.周邊控製線路
根據工藝要求，粗紗機身上並聯安裝多組操作盒，每組操作盒上設啟動、停止、點動按鈕，均能啟停點動整台機器，以方便檔車工操作；
紡紗過程中，斷紗斷條均要求自動停車，故加裝光電傳感器，已檢測紗條是否工作正常；紡紗成型完成，龍筋自動下降到落紗位置，方便擋車工快速取下紗錠；同tong時shi，紗sha錠ding取qu下xia完wan成cheng一yi次ci紡fang粗cu紗sha後hou，再zai次ci安an裝zhuang新xin的de紗sha管guan，操cao作zuo觸chu摸mo屏ping相xiang關guan按an鈕niu，要yao求qiu龍long筋jin自zi動dong上shang升sheng到dao初chu繞rao位wei置zhi停ting止zhi，將jiang新xin穿chuan過guo錠ding翼yi的de紗sha線xian手shou工gong纏chan繞rao在zai紗sha管guan初chu繞rao位wei置zhi，操cao作zuo啟qi動dong按an鈕niu，新xin的de紡fang紗sha過guo程cheng開kai始shi．這就要求，在龍筋上下升降的行程中，加裝落紗位置檢測開關、初繞位置檢測開關．考慮到龍筋上下升降行程不能超過極限值，必須加裝龍筋上下極限檢測開關．
以上控製點，直接接入PLC輸入點，控製邏輯由PLC運算處理；°
圖5 觸摸屏程序之參數設定界麵
四．調試難點、要點及應對
1.紗線張力控製
四軸懸錠式粗紗機，從羅拉牽伸出的紗線，需穿過錠翼形成撚度再纏繞在筒管上，整個過程是一個動態過程；由於撚度有限，紗線的極限張力較小，在整個紡紗過程，受傳動機械比例聯動同步性的波動、紗管時時直徑理論值和實際值的誤差，造成紗線出紗位置的上下波動（如圖3箭頭處所示），大的波動不僅影響紗錠成型質量，甚至超成斷頭，使整機停機，影響紡紗效率．
目前行業內主要分兩種途徑解決上述問題：
第一種： 由張力CCD傳感器在線檢測粗紗張力，反饋到PLC運算。
這種方式，減低了核心運算難度，簡化了纏繞和龍筋軸的控製計算量．但由於CCD檢測在實際使用過程中，對環境要求較高，必須保持鏡麵清潔，且麵對市場成本壓力，此種解決方式普及度並不高，但值得關注．
第二種： 在標準理論計算公式下，增加張力補償程序，進而微調紗管旋轉速度和龍筋升降速度，達到調整粗紗張力的目的．同時針對不同的紗線要求自動調用不同的補償係數．其普遍采用的是補償微調卷繞軸速度．
此種方式，成本小，效果明顯，不依賴於檢測外部器件，柔性好．但調試時要反複測試，不斷積累不同紗線在不同層數的修正係數值．本案采用此方式。
2．龍筋位置的斷電記憶
在紡紗時，紗錠纏繞未完成時係統外部斷電是經常存在的，重新上電後，要求粗紗機能繼續斷電前位置和參數繼續紡紗．
由於市場大多伺服係統驅動器為增量式編碼器，斷電不能記憶軸當前位置；本案通過4N25光偶連接PLC與伺服驅動器編碼器輸出口，通過PLC斷電記憶區來記憶斷電前位置值。其連接方式 如圖6 
圖６龍筋伺服編碼器通過4N25轉換後接入PLC
3． 整機啟停的控製
zaicushajifangshachuyuchushijieduanhejiangyaowanchengshi，shadingbanjingduiyingjiaoxiaohuojiaoda，cishiruoyipingshezuigaosuduyunzhuan，shaxianzaichanraobianyuandelixinliyufangshazhongduanchabiejiaoda，buliyuxingchenggaozhiliangshading．這就要求紡紗初始階段和將要完成時整機速度降低運行，減少斷頭率，提高成紗質量．程序中必須設計各個紡紗階段的自動速度轉換程序．
圖7紡紗成型中段
五．結論
以上述方案為依托研發的四軸獨立懸錠式粗紗機已在山東某紡織機械廠研發成功，錠翼速度最高可達1350r/min,紗錠成型勻稱，紗線排布一致性好，一次成型紗線長度可達3200m；撚度、紗錠成型角度、成型長度、紡紗長度等均可柔性設定。紡紗張力更為穩定，在錠速1100r／min條件下斷頭在0.5根／台•小時以內。具備自動落紗和自動找初繞位置功能，有效降低擋車工勞動強度，提高了勞動效率，市場前景廣闊。
台達擁有變頻器、PLC、伺服係統、人機界麵、編碼器等完整工業控製器件產品線，為客戶提供先進全麵的解決方案．針對粗紗機行業，台達可提供兩軸式、三軸式、四軸式變頻或伺服係統整體解決方案，同時可滿足客戶個性化要求．基於紡織行業技術的不斷進步，公司專門成立的紡織行業應用處，服務紡織行業。
參考文獻
1 周琪. 紡織機械基礎概論.北京：中國紡織出版社.2006.
2 周炳榮.紡紗機械 .北京：中國紡織出版社.1999.
3 台達VFD-VE變頻器使用手冊 .中達電通股份有限公司.2007.
4 台達ASDA AB係列伺服驅動器應用技術手冊. 中達電通股份有限公司.2007
5 台達DVP-PLC應用技術手冊(程序篇). 中達電通股份有限公司.2006
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